本發(fā)明屬于反射陣列天線的，尤其涉及基于碲化鍺的反射陣單元及毫米波頻率復(fù)用反射陣列天線。

背景技術(shù)：

1、毫米波通信因其極寬的帶寬和高傳輸數(shù)據(jù)速率而受到廣泛關(guān)注。對于長距離無線通信系統(tǒng)，天線需要兼具高增益和寬帶寬。作為一種新型的高增益天線，平面反射陣列結(jié)合了拋物面天線和陣列天線的優(yōu)點，通過合理設(shè)計陣列上每個反射單元的反射相位，可以實現(xiàn)特定的高增益波束指向。

2、此外，為了容納更多的射頻收發(fā)信道，多頻復(fù)用天線成為了實現(xiàn)多功能通信系統(tǒng)的良好解決方案。通過根據(jù)不同的應(yīng)用場景切換調(diào)控開關(guān)的狀態(tài)，從而在單個孔徑內(nèi)實現(xiàn)可重構(gòu)的特性。傳統(tǒng)的射頻開關(guān)，如pin二極管和變?nèi)荻O管，具有開關(guān)速度快、尺寸小的優(yōu)點。然而，它們大多在低頻下工作，在毫米波段存在高損耗和低隔離的問題。與這些開關(guān)相比，碲化鍺作為一種常見的相變材料，不僅可以在毫米波段確保較低的損耗和較高的隔離度，而且可以在低驅(qū)動電壓下與射頻器件很好地集成。但目前基于碲化鍺的多功能天線還停留在與簡單的貼片天線以及縫隙天線結(jié)合，調(diào)控方式受限且沒有完全發(fā)揮出碲化鍺的優(yōu)勢。因此，基于碲化鍺的毫米波多頻復(fù)用反射陣列天線亟待研究和攻克。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有的不足，提供基于碲化鍺的反射陣單元及毫米波頻率復(fù)用反射陣列天線。本發(fā)明的基于碲化鍺的反射陣單元可實現(xiàn)雙頻切換以及兩個頻段的高相位補償精度與低單元損耗，利用反射陣單元設(shè)計的毫米波頻率復(fù)用反射陣列天線可在兩個頻段獲得高增益的聚焦波束，本發(fā)明不僅具有高口徑效率、寬增益帶寬、低交叉極化的特點，而且單元相位調(diào)控靈活，設(shè)計自由度高，非常適合多頻反射天線陣列設(shè)計，可有效應(yīng)用于設(shè)計毫米波及太赫茲頻段的高增益多頻反射陣列器件，并便于大規(guī)模生產(chǎn)。

2、為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、基于碲化鍺的反射陣單元，由一個環(huán)體和兩個相位延遲線組成，兩個第一碲化鍺薄膜嵌入在環(huán)體上，將環(huán)體分為長度相等的兩部分，每一部分環(huán)體分別連接一個相位延遲線的中部，兩個第二碲化鍺薄膜嵌入在相位延遲線上，且兩個第二碲化鍺薄膜以相位延遲線的中部為中心上下對稱，第一碲化鍺薄膜和第二碲化鍺薄膜均能導(dǎo)通或絕緣，從而改變環(huán)體長度，調(diào)控反射陣單元頻率，或改變相位延遲線長度，調(diào)控反射陣單元相位，且頻率和相位的調(diào)控是獨立的。

4、為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：

5、上述的基于碲化鍺的反射陣單元還包括介質(zhì)基板和金屬地板，環(huán)體和相位延遲線均連接在介質(zhì)基板上表面，介質(zhì)基板下表面連接金屬地板。

6、上述的第一碲化鍺薄膜和第二碲化鍺薄膜為交指型碲化鍺薄膜。

7、上述的環(huán)體為多邊形環(huán)體或圓環(huán)，相位延遲線為直線或彎折線或曲線。

8、上述的環(huán)體、相位延遲線和金屬地板采用金或銀或銅制作，介質(zhì)基板為低溫共燒陶瓷基板或pcb板或石英玻璃板。

9、基于碲化鍺的毫米波頻率復(fù)用反射陣列天線，包括若干個反射陣單元和饋源，反射陣單元按照相位分布構(gòu)成反射陣列，饋源置于反射陣列附近用于對反射陣列饋電，反射陣列匯聚電磁波，對電磁波實現(xiàn)寬帶高增益。

10、反射陣單元在不同頻率下對應(yīng)所需的相位不同，不同相位的反射陣單元的相位延遲線長度不同，反射陣單元在不同頻率下對應(yīng)所需的相位通過下式計算：，為反射陣單元頻率，是反射形成主波束的方向，是反射陣單元的位置坐標，是該頻率下的自由空間波數(shù)，是在頻率時饋源相位中心到編號為的反射陣單元之間的距離，不同頻率下饋源距離反射陣單元的距離不同，按設(shè)置反射陣單元的相位延遲線長度。

11、反射陣單元的第一碲化鍺薄膜在導(dǎo)通或絕緣時，環(huán)體具有兩個不同的頻率，這兩個頻率對應(yīng)兩個所需的相位，即對應(yīng)兩個相位延遲線長度，設(shè)較長的長度為a，較短的長度為b，則反射陣單元的相位延遲線全長為a，兩個第二碲化鍺薄膜之間的相位延遲線長度為b。

12、為喇叭饋源或振子天線或貼片天線，饋源入射方式為垂直入射或斜入射。

13、相位延遲線的長度大于介質(zhì)基板的長度時，相位延遲線進行彎折。

14、本發(fā)明的有益效果是：

15、(1)本發(fā)明提出的基于碲化鍺的反射陣單元，通過在環(huán)體上加載長度與頻率相適應(yīng)的相位延遲線，實現(xiàn)在兩個頻段0-360°反射相位變化范圍的平緩覆蓋。然后在環(huán)體設(shè)置第一碲化鍺薄膜，相位延遲線上嵌入第二碲化鍺薄膜，通過改變兩個位置的碲化鍺狀態(tài)(導(dǎo)通或絕緣)，即可實現(xiàn)頻率和補償相位的獨立精確調(diào)控以及低單元反射損耗(毫米波頻段單元反射損耗低于0.5db)。

16、(2)本發(fā)明提出的基于碲化鍺的反射陣單元，與以往雙頻可重構(gòu)反射陣天線單元相比，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)控方便，頻率調(diào)諧比大，可實現(xiàn)任意補償相位切換。

17、(3)本發(fā)明提出的基于碲化鍺的反射陣單元極大提升了設(shè)計自由度，僅用一層結(jié)構(gòu)就可實現(xiàn)，使得基于碲化鍺的頻率復(fù)用反射陣列形式靈活多樣。

18、(4)本發(fā)明提出的基于碲化鍺的毫米波頻率復(fù)用反射陣列天線，由于基于碲化鍺的反射陣單元的低反射損耗以及寬帶特性，口徑效率較高。

19、(5)本發(fā)明提出的基于碲化鍺的反射陣單元及基于碲化鍺的毫米波頻率復(fù)用反射陣列天線，結(jié)構(gòu)簡單，陣面剖面低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，可廣泛應(yīng)用于毫米波、太赫茲頻段的反射陣列天線設(shè)計。

技術(shù)特征：

1.基于碲化鍺的反射陣單元，由一個環(huán)體(5)和兩個相位延遲線(6)組成，其特征是：兩個第一碲化鍺薄膜(7)嵌入在環(huán)體(5)上，將環(huán)體(5)分為長度相等的兩部分，每一部分環(huán)體分別連接一個相位延遲線(6)的中部，兩個第二碲化鍺薄膜(8)嵌入在相位延遲線(6)上，且兩個第二碲化鍺薄膜(8)以相位延遲線(6)的中部為中心上下對稱，第一碲化鍺薄膜(7)和第二碲化鍺薄膜(8)均能導(dǎo)通或絕緣，從而改變環(huán)體(5)長度，調(diào)控反射陣單元(2)頻率，或改變相位延遲線(6)長度，調(diào)控反射陣單元(2)相位，且頻率和相位的調(diào)控是獨立的。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于碲化鍺的反射陣單元，其特征是：還包括介質(zhì)基板(3)和金屬地板(4)，所述的環(huán)體(5)和相位延遲線(6)均連接在介質(zhì)基板(3)上表面，所述的介質(zhì)基板(3)下表面連接金屬地板(4)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于碲化鍺的反射陣單元，其特征是：所述的第一碲化鍺薄膜(7)和第二碲化鍺薄膜(8)為交指型碲化鍺薄膜。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于碲化鍺的反射陣單元，其特征是：所述的環(huán)體(5)為多邊形環(huán)體或圓環(huán)，所述的相位延遲線(6)為直線或彎折線或曲線。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于碲化鍺的反射陣單元，其特征是：所述的環(huán)體(5)、相位延遲線(6)和金屬地板(4)采用金或銀或銅制作，介質(zhì)基板(3)為低溫共燒陶瓷基板或pcb板或石英玻璃板。

6.基于碲化鍺的毫米波頻率復(fù)用反射陣列天線，其特征是：包括若干個如權(quán)利要求2所述的反射陣單元(2)和饋源，反射陣單元(2)按照相位分布構(gòu)成反射陣列，饋源置于反射陣列附近用于對反射陣列饋電，反射陣列匯聚電磁波，對電磁波實現(xiàn)寬帶高增益。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于碲化鍺的毫米波頻率復(fù)用反射陣列天線，其特征是：反射陣單元(2)在不同頻率下對應(yīng)所需的相位不同，不同相位的反射陣單元(2)的相位延遲線(6)長度不同，反射陣單元(2)在不同頻率下對應(yīng)所需的相位通過下式計算：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于碲化鍺的毫米波頻率復(fù)用反射陣列天線，其特征是：反射陣單元(2)的第一碲化鍺薄膜(7)在導(dǎo)通或絕緣時，環(huán)體(5)具有兩個不同的頻率，這兩個頻率對應(yīng)兩個所需的相位，即對應(yīng)兩個相位延遲線(6)長度，設(shè)較長的長度為a，較短的長度為b，則反射陣單元(2)的相位延遲線(6)全長為a，兩個第二碲化鍺薄膜(8)之間的相位延遲線(6)長度為b。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于碲化鍺的毫米波頻率復(fù)用反射陣列天線，其特征是：所述的饋源為喇叭饋源(12)或振子天線或貼片天線，饋源入射方式為垂直入射或斜入射。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于碲化鍺的毫米波頻率復(fù)用反射陣列天線，其特征是：所述的相位延遲線(6)的長度大于介質(zhì)基板(3)的長度時，相位延遲線(6)進行彎折。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了基于碲化鍺的反射陣單元及毫米波頻率復(fù)用反射陣列天線，反射陣列天線包括若干個反射陣單元、介質(zhì)基板、金屬地板、饋源。反射陣單元位于介質(zhì)基板上表面，由一個環(huán)體和兩個相位延遲線組成，兩個第一碲化鍺薄膜嵌入在環(huán)體上，將環(huán)體分為長度相等的兩部分，每一部分環(huán)體分別連接一個相位延遲線的中部，兩個第二碲化鍺薄膜嵌入在相位延遲線上，且兩個第二碲化鍺薄膜以相位延遲線的中部為中心上下對稱，第一碲化鍺薄膜和第二碲化鍺薄膜均能導(dǎo)通或絕緣，從而調(diào)控反射陣單元頻率或相位，且頻率和相位的調(diào)控是獨立的。本發(fā)明不僅具有高口徑效率、寬增益帶寬、低交叉極化的特點，而且單元相位調(diào)控靈活，設(shè)計自由度高。

技術(shù)研發(fā)人員：楊琬琛,李靖豪,潘時龍,魏立,車文荃,薛泉
受保護的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6